点衍射波前位相的测评

提出一种检测点衍射干涉仪关键部件针孔所产生的衍射光学波前的方法。介绍了点衍射波前的产生原理,分析了小孔质量状态、照明光路调整状态与波前各个像差分量之间的关系。基于信息光学基础理论,采用傅里叶变换和迭代算法,采集针孔衍射图像并进行计算分析,实现对衍射波前的位相复原以获得波前信息。阐述了测试方法的理论依据和计算公式,应用研制的位相复原分析计算软件测试并分析了实际采集的点衍射图像,通过15次的迭代,输出的位相值逐渐收敛,图像误差因子下降到0.12。目前,该方法已用于对针孔的筛选和针孔照明系统的装调中,实验结果证明了该测试方法的可行性。     

光热辐射测量位相法检测材料内部缺陷的原理和装置

本文描述了应用光热辐射测量位相法检测材料内部缺陷的原理和装置。通过理论分析和实测结果，指出位相法检测优于振幅法检测，并对缺陷线度进行了定量计算。     

光栅点衍射干涉法检测Φ400mm瞬态波前

提出了一种基于光栅点衍射干涉原理的Φ400mm瞬态波前检测方法。该方法使用位相光栅在参考光与测试光中引入横向错位,即在干涉图中引入线性载频,然后利用傅里叶变换相位解调法提取待测波前。基于标量衍射理论以及傅里叶光学理论建立了瞬态波前检测方案的理论模型,推导了线性载频公式,研究了影响载频大小的因素;基于基尔霍夫公式分析了针孔衍射导致的孔径角变化与能量衰减效应,给出了位相光栅的刻蚀深度公式。实验搭建了Φ400mm瞬态波前检测装置,采集了对比度良好的高线性载频干涉图。采用傅里叶变换相位解调法恢复波面,所得波面RMS值为0.105λ。与采用SID-4波前探测器测得的波面RMS值(0.101λ)基本一致,满足了Φ400mm瞬态波前测量的要求。     

实时三光束横向剪切干涉仪

对三光束实时横向剪切干涉仪进行了全面深入的分析，导出了其位相测量原理及误差公式。分析表明三光束干涉相叠加产生的信号具有二倍频分量，与通常双光束干涉有根本区别，但是适当地使用这个信号并不会导致测相原理的复杂化，相反，还会降低测量方法的理论误差。     

用于三维测量的双路点衍射干涉系统

针对在仅有一个光纤对的单路点衍射三维测量系统中,存在平行于条纹的横向方向上测量精度低的问题,提出了用于三维测量的双路点衍射干涉系统。分析了点衍射波前误差、测量探头结构布局以及三维迭代重构算法对于三维测量精度的影响,在此基础上确定点衍射源结构以及探头结构布局等最优系统参数。实验结果显示,单路点衍射干涉三维测量系统在xy方向的精度分别为亚微米量级和微米量级,而双路点衍射干涉仪系统可在三维方向上同时达到亚微米量级,验证了所提出的双路点衍射干涉系统方案的可行性和准确性。所提出的双路点衍射干涉系统有效的实现高精度三维测量,为无导轨三维位移和尺寸等测量提供了一种可行方法。     

光纤点衍射干涉仪的技术研究

提出一种用光纤实现点衍射干涉的方法,由两根光纤分别传输参考光和测试光,利用单模光纤的小纤芯所产生的高质量衍射球面波进行超精面形的测量。与传统的干涉仪相比,该方法结构相对简单,误差来源少,且不需要传统干涉仪中的高质量标准面,而是由光纤提供高精度的参考波面。     

互连光栅衍射模式的设计与研究:1.矩型位相光栅

根据近年来光互连对光栅衍时模式的要求,对矩型位相光栅进行了结构设计,以产生只含有0级和±1级,或只含有±1级的两种特殊的衍射模式,分别用于实现光学蝶形互连或操纵器网络互连等。论文给出了详细的计算和实验结果。     

互连光栅衍射模式的设计与研究：1．矩型位相光栅

根据近年来光互连对光栅衍时模式的要求，对矩型位相光栅进行了结构设计，以产生只含有０级和±１级，或只含有±１级的两种特殊的衍射模式，分别用于实现光学蝶形互连或操纵器网络互连等。论文给出了详细的计算和实验结果。     

互连光栅衍射模式的设计与研究:2.正弦型位相光栅

根据光栅互连在光计算及信息处理中应用的研究与发展,对正弦型位相光栅进行了结构设计,以便产生只含有0级和±1级,或只含有±1级的两种特殊的衍射模式,分别用于实现光学蝶互连或操纵器网络互连等。论文给出了详细的计算和实验结果。     

移相式点衍射干涉仪的几个关键技术

极紫外光刻技术作为下一代光刻技术的最佳候选技术,为了得到衍射极限的分辨率,光学系统的RMS波像差应小于其工作波长的1/14,约为1 nm,这对检测技术提出了前所未有的要求。本文以应用于极紫外光刻光学系统波像差检测中的移相式点衍射干涉仪为基础,对干涉仪中几个关键技术进行了讨论,并给出了相应的解决方法。     

基于正弦相位调制的光纤干涉位移测量系统研究

针对全光纤干涉仪工作距离短、测量范围小等问题,提出了一种基于正弦相位调制的全光纤干涉系统,在参考臂通过电光调制器引入的调制参考光,与探头接收到的目标反射光产生干涉。根据锁相放大原理从干涉信号中提取出正交分量后,首先建立由正交分量构成的观测模型,通过卡尔曼滤波对正交分量的幅值和偏置进行迭代估计和修正,降低由相位延迟、调制深度漂移、寄生干扰等导致的幅值漂移和附加偏置;然后利用反正切法对反射光与参考光之间的相位差进行解调。开展了模拟干涉信号的相位解算仿真模拟和位移测量实验。仿真和实验验证了该算法解算相位的有效性。结果表明,该位移测量系统的工作距离可达到20 cm,测量精度为10 nm。     

横向剪切干涉测量中准确的相位恢复算法

提出一种剪切干涉测量中实现由相位差分准确高效恢复被测波前相位的算法.该算法是基于被测波前相位与其差分完全的点对点对应关系,及最小二乘算法原理.首先由被测波前相位与其差分完全的点对点对应关系及最小二乘原理,建立一特殊的线性等式,被测相位能通过解此等式直接获得.由于该线性等式的系数矩阵为稀疏矩阵,能转化为一新的小矩阵,以降低计算机存储空间和计算量;同时,由于该矩阵为正定矩阵,Choleski因式化分解方法能用来实现该线性等式方便的解.进行了计算机数值分析和相关试验测试,结果表明:该恢复算法可行,且计算精度高、计算复杂性低;可实现由相位差分准确恢复被测波前相位,同时具有良好的噪声误差传输特性.     

剪切散斑干涉术中剪切量的测量

由于采用剪切散斑干涉术测量离面应变和面内应变都与剪切量有关,所以剪切量的测量精度决定了应变场分布测量的准确性.本文论述了公式法、成像法、莫尔条纹法和相关法等4种剪切量测量法的测量原理,定性分析了它们的测量范围.搭建了一套剪切量测量系统,利用成像法、莫尔条纹法、相关法测量剪切散斑系统的剪切量,并以公式法计算的结果为准,比较其他3种方法的测量结果.结果表明:剪切量＞3 mm时,利用相关法测量具有较高的测量精度;剪切量＜3 mm时,奠尔条纹法测量效果会更好.因此,实际应用中,应该先根据实际测量条件估算剪切量的大致范围,然后依据估算范围选择合适的测量方法.     

被测件随机移相干涉面形测量方法

针对光学元件的面形测量,提出了一种被测件随机移相干涉面形测量法,用于降低移相干涉仪的成本,避免移相器老化产生的移相误差对面形检测精度的影响。该方法利用微位移驱动器驱动被测件在摩擦气浮复合导轨上移动进行随机移相并用相机采集若干幅干涉图;然后利用最小二乘迭代算法处理干涉图数据进而迭代出被测表面相位分布;最后进行一系列数据处理求解出被测件的面形结果。为了验证该方法的可行性,在实验室搭建了改进的斐索移相干涉系统,并选用一个凹面镜和一个平面镜作为被测件在搭建的系统上进行了实验测试,同时与同台仪器上的传统移相方法得到的测量结果进行了比对。结果表明:在激光光源波长λ为632.8nm的情况下,凹球面镜面形PV值和RMS值与传统移相方式测量结果相差0.001λ,和0.002λ;平面镜面形PV值和RMS值与传统移相方式的测量结果相差0.002λ和0.003λ,面形数据基本一致。该方法避免了移相器老化引入移相误差,降低了仪器成本,测量精度高。     

相移器平移误差与倾斜误差不敏感相移新算法

相移器的相移误差包括平移误差与倾斜误差,使同一幅干涉图诸像素点的相移量并不相等,但仍然在同一平面上.据此,本文提出了消除相移器位移误差与倾斜误差的最小二乘迭代算法.通过对相移平面的最小二乘拟合,即可以消除相移器平移误差与倾斜误差对位相分布求解结果的影响.并通过数值模拟,验证了这种算法在消除相移器位移误差与倾斜影响上的有效性.     

Single-electromagnet levitation for density measurement and defect detection

This paper presents a single-electromagnet levitation device to measure the densities and detect the internal defects of antimagnetic materials. The experimental device has an electromagnet in its lower part and a pure iron core in the upper part. When the electromagnet is activated, samples can be levitated stably in a paramagnetic solution. Compared with traditional magnetic levitation devices, the single-electromagnet levitation device is adjustable. Different currents, electromagnet shapes, and distances between the electromagnet and iron core are used in the experiment depending on the type of samples. The magnetic field formed by the electromagnet is strong. When the concentration of the MnCl₂ aqueous solution is 3 mol/L, the measuring range of the single-electromagnet levitation device ranges from 1.301 to 2.308 g/cm³. However, with the same concentration of MnCl₂ aqueous solution (3 mol/L), the measuring range of a magnetic levitation device built with permanent magnets is only from 1.15 to 1.50 g/cm³. The single-electromagnet levitation device has a large measuring range and can realize accurate density measurement and defect detection of high-density materials, such as glass and aluminum alloy.     

Phase resolving microscopy by multi-plane diffraction detection

An easily applicable quantitative phase-contrast microscopy is presented. A bright-field microscope with a coherent illumination is used. Only a series of diffraction images is taken in different distances from the sample. For reconstruction, a conjugate gradient technique as a new variant of phase retrieval technique is developed. The technique is experimentally investigated in detail. A phase accuracy up to 0.07 rad or a height accuracy of 13 nm in transmission for a binary test sample is reached, respectively.